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Perfil global de mRNAs de meias células. a Uma única célula K562 foi lisada e duas metades do lisado foram submetidas separadamente a RNAseq. É mostrado o gráfico de dispersão dos níveis de expressão de mRNA normalizados e transformados em log2 (em unidades FPKM). Cada círculo representa um mRNA anotado. O coeficiente de correlação R2 é 0,930. b Os desvios padrão da expressão de ARNm em 19 meias-células perfiladas com sucesso foram traçados em relação à expressão média, utilizando dados de expressão de ARNm transformados em log2. Cada círculo representa um mRNA anotado. c Aglomerados de consenso foram identificados nos dados de expressão de mRNA de meia célula 19 K562. Um mapa de calor é mostrado para genes expressos diferencialmente entre os clusters vermelho e azul, com caminhos enriquecidos anotados pela análise da via DAVID. Cada linha representa um gene anotado, enquanto cada coluna representa uma única célula. d As células K562 foram perfiladas usando uma tecnologia RNAseq de extremidade 3' de célula única massivamente paralela. Um mapa de calor é mostrado para genes expressos diferencialmente entre os clusters de consenso vermelho e azul, com caminhos enriquecidos anotados pela análise da via DAVID. Cada linha representa um gene anotado, enquanto cada coluna representa uma única célula. Nos mapas de calor, a cor azul indica expressão baixa, enquanto o vermelho indica expressão mais alta
Os microRNAs, os pequenos pedaços de material genético que regulam a expressão genética, desempenham um papel significativo – mas pouco compreendido – no controle das diferenças entre células individuais. Os investigadores de Yale desenvolveram uma tecnologia que esclarece o funcionamento responsável por estas diferenças – um avanço que poderá levar a novos conhecimentos sobre o desenvolvimento do cancro.
Pesquisadores de Yale conseguiram traçar pela primeira vez o perfil do microRNA e do mensageiro ARN (mRNA) na mesma célula individual. Ao fazê-lo, descobriram novos mecanismos que levam à heterogeneidade – isto é, às muitas variações – da expressão genética. Os resultados são publicados hoje em Comunicações da Natureza.
A pesquisa é uma colaboração entre os laboratórios de Rong Fan, professor associado de engenharia biomédica, e Jun Lu, professor associado de genética no Yale Stem Cell Center.
“Nosso trabalho permitiu pela primeira vez a medição direta de todos os microRNAs e todos os mRNAs em células individuais, o que pode fornecer evidências diretas de como os microRNAs controlam seus mRNAs alvo”, disse Fan.
Para co-sequenciar microRNA e mRNA da mesma célula, os pesquisadores precisaram desenvolver uma nova abordagem, uma vez que métodos convencionais, como captura magnética e eletroforese em gel, não funcionam de forma confiável na escala unicelular. Os pesquisadores usaram uma abordagem de “genômica de meia célula”. Para fazer isso, eles dividiram fisicamente um lisado unicelular – ou seja, o líquido que contém todos os materiais de uma única célula – em duas frações iguais. Isto é mais complicado do que parece, pois garantir que todos os núcleos nucleicos ligados às proteínas ácido os materiais são totalmente dissociados é um processo complicado.
Para o estudo, os pesquisadores mostraram que a abordagem de meia célula poderia levar a uma divisão robusta de microRNA e mRNA de lisados unicelulares e que poderiam realizar uma co-medição de ambos na mesma célula. Ao fazer isso, eles encontraram evidências de que a variabilidade na expressão de microRNA por si só é responsável pela heterogeneidade não genética entre células.
A inovação pode levar a desvendar vários mistérios do genoma.
“Este trabalho traz novas oportunidades para investigar como as mudanças na expressão de RNA pequeno em células individuais contribuem para a variabilidade não genética célula a célula, e como a heterogeneidade da expressão de miRNA contribui para o controle da heterogeneidade da expressão de mRNA em nível de célula única”, disse Nayi Wang, ex-Ph.D. aluno do laboratório de Fan e principal autor do estudo.
A descoberta poderia levar a uma melhor compreensão do desenvolvimento do câncer, da heterogeneidade intratumoral e da resistência terapêutica. Os pesquisadores disseram que o próximo passo pode ser buscar alvos de microRNA para tratamentos de câncer.
Referência: “Co-sequenciação de microRNA-mRNA unicelular revela heterogeneidade não genética e mecanismos de regulação de microRNA” por Nayi Wang, Ji Zheng, Zhuo Chen, Yang Liu, Burak Dura, Minsuk Kwak, Juliana Xavier-Ferrucio, Yi-Chien Lu, Miaomiao Zhang, Christine Roden, Jijun Cheng, Diane S. Krause, Ye Ding, Rong Fan e Jun Lu, 9 de janeiro de 2019, Nature Communications volume 10, número do artigo: 95 (2019).
DOI: 10.1038/s41467-018-07981-6